uabooks.top

E téma tananyaga segít nektek:

ismeretet szerezni a vas mint kémiai elem a természetben való előfordulásáról; tisztázni a vasatom és -ion szerkezetét; bővíteni az ismereteket a vas és vegyületeinek tulajdonságairól;

megismerni a vas és vegyületeinek alkalmazási területeit.

A vas mint kémiai elem. A vas mint kémiai elem (ferrum) a periódusos rendszer negyedik periódusában, а VIII. csoport mellékcsoportjában helyezkedik el.

Előfordulása. A vas egyike a legelterjedtebb elemeknek a Földön: atomi aránya a földkéregben 1,8%.

A természetben különböző vegyületek formájában fordul elő. Egyes vastartalmú ásványok a vasgyártás alapanyagai. A vas fontosabb ércei: hematit (vagy vörös vasérc)—Fe₂Cf_j magnetit (vagy mágnesvasérc)—Fe_jO₄, limonit (vagy barna vasérc)—Fe₂O₃^H₂O (68. ábra).

68. ábra

Vasércek

Ukrajnában a krivij-rihi medencében hatalmas vörösvasérc lelőhelyek vannak. Vastartalmú ásvány a pirít (vagy vaskovand) — FeS₂ is (69. ábra), de nem alkalmas a kohászatra, mivel a kéntartalom a vas törékenységét okozza. Ezt a vegyületet kénsav előállítására használják.

A természetben a vas elemi állapotban ritkán fordul elő (meteoritokban).

Kis mennyiségű Fe²⁺-kation található a természetes vizekben. A vízben oldott oxigénnel oxidálva sárgás színű Fe³⁺-kationná alakul, amely a körülményektől függően Fe(OH)₂ vörösesbarna üledékként kicsapódhat. A víz vastartalmát bizonyítja a folyó vagy a tó medrének színe, a vízforralóban kialakuló vízkő barnás árnyalata.

Az élő szervezetekben viszonylag kevés vas található, mégis létfontosságú elem. A növényekben fontos szerepet játszik a klorofill előállításában, a

gerincesek szervezetében a vas a vér hemoglobinjában található (hiánya vérszegénységet okozhat).

Az atom és az ion elektronszerkezete.

A vasatom 26 elektront tartalmaz (protonszáma 26), amelyek 4 elektronhéjon (energiaszinten) helyezkednek el. A vasatom elektronszerkezete:

írjátok fel a vasatom elektronszerkezetét cellásán ábrázolva (kvantumképletét).

A vasatom viszonylag könnyen veszíti el a külső (negyedik) energiaszinten található s-elektronjait és Fe²⁺-ionná alakul. Megszabadulhat még egy elektrontól a d-pályáról. Ekkor Fe³⁺-ionná válik, minden d-atompályán egy elektron van:

illetve

a III vegyértékű vasvegyületekben találhatóak.

A vas mint egyszerű anyag. A vas olyan fém, amelyet az ember több ezer éve használ. A vas és ötvözetei nélkül szinte elképzelhetetlen civilizációnk fejlődése.

Fizikai tulajdonság. A vas tiszta állapotban ezüstfehér, fémes fényű, jól nyújtható, alakítható fém. Sűrűsége 7,87 g/cm⁸ (nehézfém), 1539 °C-nál olvad, mágnesezhető. Sokféle ötvözete létezik.

Kémiai tulajdonságai. A vas a kémiai reakciókban közepes aktivitást mutat. Ha nagyon finom por alakjában állítjuk elő (például vastartalmú szerves anyagok bomlásával), a levegőn magától meggyullad. A finoman porított anyagokat, melyek a levegőn öngyulladásra képesek, pirofór¹ anyagoknak nevezik.

Reakciója a nemfémekkel. Hőmérséklet hatására a vas számos nemfémmel reagál. Vaspenge vagy rugó szikrázva ég el az oxigénben (70. ábra):

A vas klórgázban is elég (71. ábra), hőmérséklet hatására reakcióba lép a kénnel:

71. ábra

Vas égése klórgázban

Reakciója a vízzel. Ha vasport szórunk vagy szeget helyezünk a vízbe, idővel rozsda jelenik meg a fém felületén. Ez a vas és a víz, valamint a benne található oldott oxigén kölcsönhatásának terméke. A rozsda változó összetételű, éppen ezért képlete Fe₂O₃^nH₂O. A reakcióegyenletben az egyszerűség

kedvéért bázisként Fe(OH)₃ képlettel íijuk (ez felel meg a Fe₂0₃*3H₂0 képletnek):

A hevített vaspor vízgőzzel kettős oxid képződésével reagál:

Korábban ez a reakció a hidrogén ipari előállítására szolgált.

Reakciója a savakkal. A vas híg savakkal (sósav, kénsav stb., kivéve a salétromsavat) hidrogénfejlődés mellett oldódik, eközben II vegyértékű vasvegyület képződik:

Tömény salétromsav és kénsav, az alumíniumhoz hasonlóan, a vas felületét passziválja. Ezért lehet ezeket a savakat szállítani vastartályokban. Melegítéskor a kémiailag passzív összefüggő oxid-réteg kölcsönhatásba lép a savval, és a fém azonnal reakcióba lép a savval, eközben III vegyértékű vasvegyület képződik (72. ábra):

Rendezzétek a reakciósémákat az elektronmérleg módszerét használva.

72. ábra

Vas reakciója tömény salétromsavval

Reakciója a sókkal. A vasatomok behelyettesítik a nála kevésbé aktív fémes elemek ionjait

(réz, ezüst, bizmut és mások) sóoldataikban. Eközben II vegyértékű vas sója képződik:

A vas oxidjai. A vas az oxigénnel három ve-gyületet alkot: egyszerű oxidokat - FeO, Fe₂O₃ és kettős oxidot - Fe₃O₄ (vagy FeO^Fe₂O₃). Ezek szilárd anyagok, a FeO és a Fe₃O₄ fekete színű, a Fe₂O₃ barna. Részletesebben megvizsgáljuk az egyszerű oxidokat (73. ábra).

73. ábra

A vas oxidjai

Laboratóriumi körülmények között a vas(II)-oxidot és a vas(III)-oxidot a megfelelő hidroxi-dok termikus bomlásával állítják elő, illetve egyes sók melegítésével:

A tiszta vas(II)-oxid előállításának feltétele az oxigénhiányos környezet, különben a ve-gyület reagál vele és Fe₃O₄- vagy Fe₂0₃-oxiddá alakul.

Az egyszerű oxidok kémiai jellegükben különböznek egymástól: a FeO bázisképző, a Fe₂O₃ amfoter. Mindkettő reagál savképző oxidokkal, illetve savakkal.

írjátok fel a reakcióegyenleteket: a) a FeO- és a P₂O₅-Oxid között; b) a Fe₂O₃ és a kénsav között.

A vas(III)-oxid, bár amfoter, nem reagál a lúgok vizes oldatával. Az oxid lúggal való köl-

csönhatása csak olvasztással vagy összeégetés-sel megy végbe. Ekkor ferritet kapunk:

Érdekes

tudnivaló

Egyes ferriteket mágneses tulajdonságai miatt a műszergyártásban alkalmazzák.

A vas-hidroxidok. Vízben nem oldódó ve-gyületek: a Fe(OH)₂ gyakorlatilag fehér, olykor zöldes árnyalattal, a Fe(OH)₃ színe vöröses barna (74. ábra).

74. ábra

A vas hidroxidjai

Tiszta vas(II)-hidroxidot előállítani cserebomlási reakcióval nagyon nehéz, mivel a vízben oldott oxigénnel, illetve a levegőn gyorsan oxidálódik és átalakul vas(III)-hidroxiddá:

Alakítsátok át a reakciósémát kémiai egyenletté.

Kémiai jellegüket tekintve a vas-hidroxidok hasonlítanak a megfelelő oxidjaikhoz: a Fe(OH)₂ -bázis, a Fe(OH)₃ - amfoter hidroxid, amely szintén nem lép reakcióba közönséges körülmények között a lúgokkal.

A vas sói. A vasnak számos sója ismeretes. A Fe(II)-sókban a vas Fe²⁺ ionként található, a III vegyértékű vas sóiban megjelenhet Fe³⁺-kation-ként (FeF₃, Fe₂(SO₄)₃) vagy savmaradék-anion összetevőjeként

75. ábra

A vas sói

Mivel magyarázható a III vegyértékű vas két típusú sójának kialakulása?

Miután a vastartalmú sók vizes oldataiból elpárologtatjuk a vizet, kristályhidrátokat kapunk: FeS0₄*7H₂0, FeCl₃*6H₂0 stb. A II vegyértékű vas kristályvíztartalmú sóinak többsége zöldes-kék színű, a III vegyértékű vas kristály hidrátjai különböző színűek: így például a FeCl₃*6H₂O barna, a Fe₂(S0₄)₃*9H₂0 fehér, a Fe(N0₃)₃*9H₂0 fakó-lila vegyület.

A vas sói hidrolizálnak, oldataik savas kém-hatásúak:

Egyes három vegyértékű vas sójának előállítása cserebomlási reakcióval nem lehetséges a kationok és az anionok egyidejű hidrolízise miatt:

A vas vegyületeinek alkalmazása. A vas

vegyületeinek gyakorlati alkalmazása széleskörű. A Fe₂O₃ és a Fe₃O₄ képletű oxidok a vaskohászat nyersanyagai. A természetben található vas(III)-oxid hidrátjai különböző színskálát mutatnak - a sárgásbarnától a barnáig. Ezek ásványi pigmentek (festékanyagok): okker (sárga), sziena és umbra (vöröses barna). A Fe₃O₄ kettős oxidot elektrolízis elektródáihoz használják, valamint

alkáli akkumulátorokhoz. Nagyon széleskörű alkalmazása van a vasgálicnak (vas(II)-szulfát-heptahidrát) - FeS0₄-7H₂0. Felhasználják faanyag impregnálására (megőrzésére), növényvédő-szerként, más vasvegyületek előállítására, redukáló szerként.

ÖSSZEFOGLALÁS

A vas (ferrum) az egyik legfontosabb fémes elem. A d-mező elemeihez tartozik, egyszerű anyagként (vas) a fémekhez tartozik.

A vas reakcióba lép a nemfémek többségével, a savakkal, számos só vizes oldatával, víz és oxigén jelenlétében rozsdásodik.

A vasnak három oxidja ismeretes: FeO, Fe₂O₃ és Fe₃O₄. A FeO - bázisképző, a Fe₂O₃ -amfoter oxid. A Fe(OH)₂ és a Fe(OH)₃ kémiai jellegüket tekintve hasonlítanak a megfelelő oxidjaikhoz. A vas oxidjai és hidroxidjai reagálnak a savakkal, a vas(III)-oxid hő hatására lúgokkal is kölcsönhatásba lép.

A vas sói különböző színűek, oldataikból kristályhidrátként válnak ki.

A vas oxidjait és sóit széleskörűen alkalmazzák különböző területeken.

193. írjátok fel a Fe₃Al₂(SiO₄)₃ és a Ca₃Fe₂(SiO₄)₃ ásványok (általános nevük vas-gránátok) képleteit megfelelő oxidok formájában.

194. írjátok fel a vas-ionok elektronszerkezeti és kvantumképleteit.

195. Fejezzétek be a reakciósémákat és alakítsátok át kémiai egyenletté:

196. A pontok helyére írjátok be a megfelelő vegyületek képleteit és alakítsátok át a reakció sémáját kémiai egyenletté:

197. írjátok fel a reakcióegyenleteket, melyek segítségével elvégezhető az átalakítási vázlat:

198. A vas(II, III)-oxid savakkal úgy reagál, mint az oxiújainak keveréke. írjátok fel a Fe₃O₄ reakciójának egyenletét sósavval és kénsavval.

199. írjátok fel a vas-nitrátok hidrolízisének reakcióegyenleteit molekuláris és ionmolekula formájában. Vegyétek figyelembe, hogy a folyamatok során nem képződik csapadék.

200. Vas(III)-klorid vizes oldatán átengedve a kénhidrogént, egy egyszerű anyag világos sárga üledéke keletkezik. írjátok fel a reakció egyenletét.

201. Milyen annak a vas-oxidnak a képlete, melyben a fém tömeg-rész-aránya 70%?

202. Milyen tömegű vas(III)-nitrát szükséges 8 g vas(III)-oxid előállításához?

203. Határozzátok meg a vízmolekulák számát a FeCl₂ • nH₂0 kris-tályhidrátban, ha a víz tömegrész-aránya a vegyületben 36,2%.

204. Milyen térfogatú (n.k.k.) hidrogén válik ki 1,12 g vas és 18 g 10%-os sósavoldat reakciójánál?

205. A réz(II)-szulfát oldatba 28 g tömegű vaslemezt merítettünk. Egy kis idő elteltével kivettük a vaslemezt és lemértük: a lemez tömege 30 g lett. Határozzátok meg a lemezen kivált réz tömegét. Vegyétek figyelembe, hogy a kivált fém nem szóródik le a lemezről.

ÉRDEKLŐDŐK SZÁMÁRA

Rozsdafolt eltávolítása a szövetből

Hogy eltávolítsuk a rozsdafoltot a szövetből, olyan savat kell használnunk, amely a vas(III)-hidroxiddal reagálva oldható sót képez. Ennek a savnak azonban nem szabad roncsolni az anyagot és hatni a festékre, ha a szövet színezett. Ezeknek a követelményeknek a szerves savak felelnek meg - a citromsav, az ecetsav, az oxál- és a borkősav.

1. módszer. A rozsdával szennyezett területet megnedvesítjük citromsav tömény oldatával, vékony réteg sót szórunk rá, és néhány órán át hagyjuk működni (néha egy napig szükséges). A folt eltávolítása után szappanos meleg vízzel mossuk ki a ruhát. A citromsavoldat helyett citromlé is használható.

2. módszer. Az ecetsav hígított oldatát (2 evőkanál ecetet egy pohár vízbe) egy hibátlan zománcozott edényben 80-90 °C-ra melegítjük, majd 3-5 percre beáztatjuk a szövet rozsdafolttal szennyezett területét. Ha a rozsda nem tűnik el teljesen, az eljárást megismételjük Ezután a ruhát szalmiákszeszes (egy evőkanál ammónia-oldat 2 liter vízhez) meleg vízben átmossuk.

 

 

Ez a tankönyv anyaga Kémia a 11. osztály számára Pavlo Popéi